電網(wǎng)工程建設(shè)中電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展

貴州電網(wǎng)有限責任公司建設(shè)分公司 鄭世寅

在當前的電網(wǎng)工程建設(shè)中，出于對提升工程建設(shè)成效及電網(wǎng)運行質(zhì)量的考量，普遍引入了電氣自動化技術(shù)，結(jié)合其他多種先進技術(shù)的搭配使用，實現(xiàn)電網(wǎng)工程建設(shè)升級。能夠看出，電氣自動化技術(shù)在現(xiàn)階段的電網(wǎng)工程建設(shè)中能夠發(fā)揮出較為明顯的價值性，顯現(xiàn)出了理想的應(yīng)用與發(fā)展前景。

1 我國電網(wǎng)工程建設(shè)中常用的電氣自動化技術(shù)分析

1.1 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)作為電氣自動化技術(shù)被應(yīng)用于電網(wǎng)工程建設(shè)中，能夠結(jié)合聯(lián)動中央控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電力系統(tǒng)現(xiàn)實運行數(shù)據(jù)信息的全面采集與整合分析，并在此基礎(chǔ)上組織開展對電力系統(tǒng)及其中各個電氣設(shè)備運行情況的自動化檢測，迅速輸出參考價值更高的檢測報告，并在發(fā)現(xiàn)故障與異常時及時發(fā)出報警提示。此時，相關(guān)工作人員可以參考檢測結(jié)果，完成對電力系統(tǒng)維修方案的編制，實現(xiàn)對故障與異常問題的迅速、有效處理，避免產(chǎn)生更大的經(jīng)濟損失。

1.2 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)的應(yīng)用能夠模擬出已知的信息與軟件，真實化、直觀性呈現(xiàn)虛擬信息，促使電力系統(tǒng)對于電氣數(shù)據(jù)信息的處理效果有所提高。在仿真技術(shù)的支持下，獲取電力系統(tǒng)運行信息的效率有所提升，在傳輸信息方面所消耗的時間縮減，也可以實現(xiàn)對傳輸信息數(shù)據(jù)準確性的有效維護。在此基礎(chǔ)上，還能夠進一步推動電力系統(tǒng)運行信息管理工作向著規(guī)范化、標準化的方向發(fā)展，為電力系統(tǒng)操作統(tǒng)一實現(xiàn)提供支持。通過應(yīng)用仿真技術(shù)，可以模擬出電氣設(shè)備的運行故障，為故障問題解決方案的加速形成提供參考，體現(xiàn)出對電力系統(tǒng)運行效率與質(zhì)量水平的有效維護。

1.3 監(jiān)控技術(shù)

監(jiān)控技術(shù)主要被應(yīng)用于對電力系統(tǒng)運行的實時性監(jiān)控方面，保證可以在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，第一時間實現(xiàn)問題識別與報警，提升對電力系統(tǒng)的管控效果，保護電力輸出供應(yīng)的安全性與平穩(wěn)性[1]。結(jié)合電氣自動化管控系統(tǒng)中的監(jiān)控技術(shù)模塊，相關(guān)人員能夠全面掌握電力系統(tǒng)及其中各個電氣設(shè)備運行期間的現(xiàn)實狀況，也可以明確耗電情況，以此提升電力管控工作的展開成效。

2 我國電網(wǎng)工程建設(shè)中電氣自動化技術(shù)的具體應(yīng)用場景分析

2.1 在自動化控制方面的應(yīng)用

電網(wǎng)工程的實際建設(shè)期間，出于對建設(shè)安全問題的考量，需要應(yīng)用電氣自動化技術(shù)構(gòu)建起自動控制系統(tǒng)，并將其引入電網(wǎng)工程中，推動防控與保護工作持續(xù)向著自動化的方向發(fā)展，體現(xiàn)出對電網(wǎng)工程工作安全性的有效維護。在構(gòu)建自動控制系統(tǒng)期間，可以在電網(wǎng)工程的相關(guān)電氣設(shè)備與裝置中加設(shè)GPS 系統(tǒng)，結(jié)合傳感技術(shù)的應(yīng)用，在系統(tǒng)內(nèi)完成對電網(wǎng)工程各類信息數(shù)據(jù)的錄入，在數(shù)據(jù)庫內(nèi)分類保管；采集電網(wǎng)工程建筑與運營信息，對比分析設(shè)定的標準數(shù)據(jù)，保證可以在第一時間發(fā)現(xiàn)異常問題并展開處理。能夠看出，通過在電網(wǎng)工程建設(shè)中應(yīng)用電氣自動化技術(shù)，能夠使工程的自動化控制效率有所提高。

2.2 在電網(wǎng)調(diào)度方面的應(yīng)用

在實際的電網(wǎng)調(diào)度實踐中，需要完成多種控制參數(shù)的計算，并結(jié)合所確定的參數(shù)落實對電網(wǎng)調(diào)度方案的設(shè)定與實施。例如，要計算電網(wǎng)調(diào)度控制的電壓敏感負荷調(diào)節(jié)范圍，此時就要求搭建起電壓敏感負荷調(diào)節(jié)范圍計算的變量集合，即有：

在實際計算期間，需要完成的計算量較大，且有著較高的復(fù)雜性。為避免產(chǎn)生較大的計算誤差，并盡可能縮減計算時間，可以應(yīng)用電氣自動化技術(shù)搭建起電網(wǎng)自動化調(diào)度系統(tǒng)，由系統(tǒng)自主完成計算，結(jié)合計算結(jié)果完成對電網(wǎng)的合理調(diào)度與控制，以此實現(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度效率與質(zhì)量的同步提升。同時，結(jié)合電氣自動化技術(shù)與云計算等先進技術(shù)的綜合應(yīng)用，能夠推動電網(wǎng)調(diào)度的自動化、智能化發(fā)展。例如，可以搭建并使用電網(wǎng)調(diào)度云超算平臺，如圖1所示。完成電網(wǎng)調(diào)度，推動電力企業(yè)在電力調(diào)度領(lǐng)域加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型。電網(wǎng)調(diào)度云超算平臺使用了飛天云操作系統(tǒng)和神龍超級計算集群，每秒可進行825萬億次浮點運算，節(jié)點性能較普通云服務(wù)器提升5倍。同時這些算力以云服務(wù)的形式提供，普通應(yīng)用不需要任何改造即可獲取。電網(wǎng)調(diào)度云超算平臺可支持精細化數(shù)值天氣預(yù)報、電力現(xiàn)貨市場和新能源功率預(yù)測等多種大型計算場景，可提高大電網(wǎng)的認知水平和運行管控能力[2]。在臺風季來臨前期，可以基于該平臺搭建的精細化數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)臺風功能，提前7天預(yù)測臺風動向，6h 短臨天氣預(yù)報最快每30min 就可輸出一次計算結(jié)果。結(jié)合當前的使用情況來看，電網(wǎng)調(diào)度云超算平臺可以將電網(wǎng)總調(diào)的全網(wǎng)負荷預(yù)測準確率提升到97.63%左右。

圖1 電網(wǎng)調(diào)度云超算平臺結(jié)構(gòu)圖

2.3 在發(fā)電廠分散測控系統(tǒng)方面的應(yīng)用

發(fā)電廠在電力生產(chǎn)與運輸期間占據(jù)著核心位置，其建設(shè)質(zhì)量受到分散測控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的影響。對于分散測控系統(tǒng)而言，其可以細化為現(xiàn)場層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控層，監(jiān)控層與網(wǎng)絡(luò)層相連接、現(xiàn)場層與控制層相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享。通過在發(fā)電廠中建設(shè)并應(yīng)用分散測控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測到現(xiàn)場的生產(chǎn)運行情況，體現(xiàn)出對發(fā)電廠作業(yè)安全性的有效維護，促使相關(guān)工作人員能夠在更加安全的環(huán)境中展開各項工作。

2.4 在變電站方面的應(yīng)用

通過在變電站這一電力運輸核心環(huán)節(jié)中引入電氣自動化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個變電站運行情況的實時性、全面性監(jiān)控，完成對電力設(shè)施設(shè)備的自動化監(jiān)管。 結(jié)合對電氣自動化技術(shù)的合理利用，可以實現(xiàn)對傳統(tǒng)監(jiān)控工作問題的有效彌補，對監(jiān)控流程進行簡化，促使工程管控工作的效率得以提高。當發(fā)生電氣設(shè)備運行故障后，在電氣自動化技術(shù)的支持下，可以迅速做出反應(yīng)并完成故障的分析與處理，推動電網(wǎng)工程建設(shè)高效、高質(zhì)量、高安全性展開。

同時，依托在變電站運維工作中綜合應(yīng)用電氣自動化技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算等先進技術(shù)，能夠完成變電站運維云平臺的構(gòu)建，如圖2所示。以此實現(xiàn)變電站運維工作的轉(zhuǎn)型升級，為智慧電網(wǎng)的建設(shè)提供有力支持，進一步提升電網(wǎng)工程建設(shè)質(zhì)量。對于變電站運維云平臺而言，其主要利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)為電力運維企業(yè)提供線上運維服務(wù)平臺，實時集中監(jiān)測所有變電站用電情況、統(tǒng)一調(diào)度運維巡檢安排，線上線下聯(lián)動；將廣泛分布的變電站集中統(tǒng)一管理，提高運維效率、提高故障響應(yīng)速度；為電力企業(yè)提供電能集抄服務(wù)，即時掌握用戶用電量情況，避免偏差考核；響應(yīng)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的政策，增加客戶黏性，為后期的增值服務(wù)開展做準備。

圖2 變電站運維云平臺結(jié)構(gòu)圖

變電站運維云平臺的主要配置包括工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)、無線智能儀表、智能儀表、工業(yè)開關(guān)電源、IO 模塊、5G 路由器、攝像機、溫濕度、水浸探測器、煙感探測器、門磁開關(guān)等，可以實現(xiàn)的主要功能包含：電力監(jiān)測，實時監(jiān)測變電站用電情況，查詢該配電回路的各類詳細用電參數(shù)；環(huán)境監(jiān)測，實時監(jiān)測變電站的運行環(huán)境；故障報警，實現(xiàn)遙信變位報警、遙測越限報警、運行報警；能效分析，統(tǒng)計并對比各類用電數(shù)據(jù)、統(tǒng)計各配電回路的用電量及用電金額、統(tǒng)計各個回路的最大需量及發(fā)生值等；設(shè)備管理，配置多種設(shè)備信息，結(jié)合報表確定當前需要保養(yǎng)或更換的設(shè)備[3]；巡檢消缺，編制并發(fā)放巡檢計劃，監(jiān)測巡檢任務(wù)完成情況，記錄缺陷并生成消缺任務(wù)；用戶報告，自動匯總變電站一個月的運行數(shù)據(jù)，自動生成運行報告。

3 中國電網(wǎng)工程建設(shè)中電氣自動化技術(shù)的發(fā)展方向探究

3.1 向著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展

為確保電網(wǎng)工程能夠長時間穩(wěn)定運行，就需要電力企業(yè)切實把握市場發(fā)展的實際情況，持續(xù)拓展電力市場，對電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)落實持續(xù)性完善調(diào)整，更新自身體質(zhì)，加深對電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用程度，助推電網(wǎng)工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。在此過程中，電力企業(yè)勢必會遇到一系列問題，包括技術(shù)開發(fā)周期相對較長等。此時，如果電力企業(yè)能夠?qū)σ恍┘夹g(shù)含量相對較低的項目實施外包處理，就能夠?qū)崿F(xiàn)對上述問題的適當緩解，結(jié)合物資、人力資源等多種資源在大型項目開發(fā)工作中的充分投入，可以推動技術(shù)自主開發(fā)水平的進一步提升。

3.2 向著智能化方向發(fā)展

電氣自動化技術(shù)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用使電氣設(shè)備的自動化控制逐步成為現(xiàn)實，當前，結(jié)合對虛擬仿真技術(shù)、高壓直流輸電技術(shù)、柔性交流電輸送電技術(shù)等先進技術(shù)的綜合應(yīng)用，能夠加速推動電網(wǎng)工程建設(shè)的智能化發(fā)展，最終實現(xiàn)智慧電網(wǎng)的構(gòu)建[4]。可以說，智能化是當前電網(wǎng)工程建設(shè)中電氣自動化技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的主流趨勢。在這樣的大背景下，可以應(yīng)用智能系統(tǒng)完成對電力系統(tǒng)內(nèi)所有電氣設(shè)備的動態(tài)性監(jiān)管，并在一些重要板塊搭建仿真模塊，實現(xiàn)對海量、復(fù)雜、多變信息量的高效、合理處理，更好維護電網(wǎng)工程建設(shè)與運行的安全性與效率性。

3.3 向著統(tǒng)一化方向發(fā)展

依托電氣自動化技術(shù)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用，無論是電力生產(chǎn)工作，還是電力調(diào)配與傳輸，其效率與質(zhì)量水平均實現(xiàn)了顯著性提升。在這樣的大背景下，電力企業(yè)的統(tǒng)一化管理也逐步成為現(xiàn)實，而這也是當前電網(wǎng)工程建設(shè)的主流發(fā)展趨勢。在統(tǒng)一化管理的支持下，通用化電力系統(tǒng)的搭建成為可能，確保電力企業(yè)可以切實參考用電用戶的現(xiàn)實需要展開各項管理工作，體現(xiàn)出對電力設(shè)施設(shè)備安全、穩(wěn)定運行的有效保護，提升電氣設(shè)備運維工作的展開及時性和實效性。

綜上所述，人工智能技術(shù)、仿真技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)等先進技術(shù)為當前電網(wǎng)工程建設(shè)中較為常用的電氣自動化技術(shù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算等信息化技術(shù)的應(yīng)用，能夠促使電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢在自動化控制、電網(wǎng)調(diào)度、變電站運維管理等多場景中得到最大限度地發(fā)揮，提升電網(wǎng)工程建設(shè)質(zhì)量與效率，提高電力系統(tǒng)的運行安全穩(wěn)定性，推動智慧電網(wǎng)的建設(shè)逐步成為現(xiàn)實。